La respirazione
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La respirazione

Descrizione dell’apparato respiratorio e della fisiologia respiratoria nel suo complesso.

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La respirazione

La respirazione è quella funzione vitale grazie alla quale i polmoni effettuano scambi gassosi tra l'atmosfera e il sangue.

Il metabolismo, l'insieme delle nostre funzioni vitali, necessita di introdurre ossigeno ed espellere anidride carbonica. È nel sangue, grazie ai globuli rossi e specificamente alla molecola dell'emoglobina in essi contenuta, che avvengono il trasporto di ossigeno a tutte le cellule e il trasporto di anidride carbonica da tutte le cellule ai polmoni che lo liberano all'esterno.

La respirazione polmonare o esterna, quindi, consiste nello scambio tra l'aria che entra nei polmoni durante l'inspirazione e l'aria interna che viene espulsa nell'ambiente attraverso l'espirazione.

Apparato respiratorio

L’apparato respiratorio è l'insieme di organi e tessuti deputati all'importante processo di respirazione. Gli elementi anatomici principali dell'apparato respiratorio sono: il naso con le sue cavità, la bocca, la faringe, la laringe, la trachea, i bronchi, i bronchioli, i polmoni e i muscoli della respirazione diaframma e intercostali.

L’apparato respiratorio è suddivisibile in due componenti principali: il tratto respiratorio superiore (o vie aeree superiori) e il tratto respiratorio inferiore (o vie aeree inferiori).

Al tratto respiratorio superiore, appartengono il naso con le sue cavità nasali, la bocca, la faringe, la nasofaringe e la laringe; al tratto respiratorio inferiore, invece, la trachea, i bronchi, i bronchioli, i polmoni e i muscoli della respirazione diaframma e intercostali.

Naso e cavità nasali

Il naso rappresenta la principale apertura esterna per il flusso d'aria dell'apparato respiratorio e il primissimo tratto delle vie aeree superiori.

È una struttura che comprende tessuti di tipo cartilagineo, osseo, muscolare e, ovviamente, cutaneo.

Grazie alla particolare disposizione di alcune ossa del cranio, il naso presenta, internamente, degli spazi vuoti che prendono il nome di cavità nasali. Queste, ricoprono un ruolo fondamentale nella fisiologia dell'apparato respiratorio: esse, infatti, riscaldano, umidificano e filtrano l'aria inalata, prima che questa raggiunga le vie aeree inferiori.

In particolare, nella loro azione di filtraggio, si avvalgono di una sottile peluria e di una membrana mucosa di rivestimento e sono capaci di bloccare polveri, muffe, allergeni e altri contaminanti che possono mescolarsi nell'aria.

Bocca

La bocca, o cavità orale, rappresenta l'apertura esterna secondaria dell'apparato respiratorio. Essa, infatti, ha il compito di aiutare o, se necessario, sostituire il naso nella sua azione d’inalazione ed espulsione dell'aria.

La cavità orale è più corta delle cavità nasali e questo comporta che l'aria in entrata dalla bocca non subisca gli stessi processi di riscaldamento e umidificazione, tipici di quando attraversa gli spazi vuoti interni del naso. Presenta però un vantaggio: l'aria che entra dalla cavità orale raggiunge i polmoni molto più velocemente, rispetto all'aria che entra dalle cavità nasali.

Faringe

La faringe è un condotto muscolo-membranoso lungo circa 13 centimetri, ricoperto da una parete mucosa e situato tra le cavità nasali e l'esofago. Questa risiede: postero-inferiormente alle cavità, posteriormente alla bocca, superiormente alla laringe e alla bocca.

La faringe è suddivisibili in tre compartimenti: la rinofaringe, l'orofaringe e la laringofaringe.

La rinofaringe è la parte superiore della faringe, posta a diretto contatto con le coane, ovvero le due aperture posteriori delle cavità nasali. L'orofaringe è la porzione intermedia della faringe. Di fronte a sé, ha il cavo orale, con il quale comunica attraverso il cosiddetto istmo delle fauci.

Infine, l'ipofaringe è la sezione terminale della faringe, la quale si occupa unicamente di immettere il cibo nell'esofago, non ha alcun ruolo nella fisiologia dell'apparato respiratorio, in quanto l'aria non vi passa attraverso.

Laringe

La laringe è un condotto impari di forma tubulare ed è situata a livello del collo. Rappresenta l'ultimo tratto delle vie aeree superiori e include, nella sua struttura, diverse componenti di natura cartilaginea. Queste componenti cartilaginee sono: l'epiglottide, la sopraglottide, la glottide e la sottoglottide.

Esternamente, la laringe è collocabile in corrispondenza del pomo d'Adamo, una sporgenza tipica della parte anteriore del collo, più evidente nell'uomo che nella donna.<

La laringe ha tre ruoli fondamentali: incanalare l'aria verso la trachea, consentire la fonazione, grazie alla vibrazione delle corde vocali e infine, grazie all'epiglottide, impedire al cibo di immettersi nella trachea e ostruire le vie respiratorie, durante la deglutizione.

Trachea

La trachea è lunga, in genere, 12 centimetri e possiede un diametro pari a circa 2 centimetri ed è situata tra la laringe e i bronchi. Superiormente, origina da una porzione cartilaginea della laringe (all’incirca all’altezza di C6); inferiormente, termina in corrispondenza della biforcazione dalla quale nascono i bronchi primari.

Per quanto riguarda l’organizzazione strutturale, la trachea è composta da 15-20 anelli cartilaginei sovrapposti, simili a dei ferri di cavallo e tenuti insieme da tessuto connettivo. Posteriormente, questi anelli presentano delle fibre muscolari lisce che, nel loro complesso, formano il cosiddetto muscolo tracheale.

Bronchi e bronchioli

I bronchi e i bronchioli costituiscono quel tratto delle vie aeree inferiori che viene definito come albero bronchiale.

L'albero bronchiale è una struttura complessa, che comprende le vie aeree esterne ai polmoni e le vie aeree interne ai polmoni: le vie aeree esterne dell'albero bronchiale sono i cosiddetti bronchi primari extrapolmonari di destra e di sinistra. Il bronco primario extrapolmonare di destra si dirige verso il polmone destro, mentre il bronco primario extrapolmonare di sinistra si dirige verso il polmone sinistro. Le vie aeree intrapolmonari dell'albero bronchiale sono i bronchi secondari, i bronchi terziari, i bronchioli, i bronchioli terminali e i bronchioli respiratori.

Il complesso bronchi-bronchioli muta progressivamente la propria struttura man mano che si addentra sempre più nei polmoni. Infatti, nei bronchi primari la componente cartilaginea è maggiore rispetto alla componente muscolare, mentre a partire dai bronchi secondari la componente muscolare prende il sopravvento e sostituisce quella cartilaginea. La parete interna di bronchi e bronchioli presenta un importante epitelio di ciglia (o epitelio ciliare) e cellule che producono muco (o cellule mucose) : le ciglia e il muco servono a intrappolare i contaminanti presenti nell'aria inalata, e a rimuoverli dalle vie aeree.

Polmoni

I polmoni sono i due principali organi dell'apparato respiratorio. Costituiti da tessuto spugnoso ed elastico, risiedono nella cavità toracica, uno a destra e uno sinistra, ai lati del cuore e superiormente al diaframma.

Il polmone destro è più grande del polmone sinistro, pesa circa 600 grammi (in un individuo adulto) e presenta delle profonde scissure, che lo suddividono in tre porzioni chiamate lobi (lobo superiore, lobo medio e lobo inferiore). Il polmone sinistro, invece, pesa in genere 500 grammi e dispone di una serie di profonde scissure, che lo dividono in soli due lobi (il lobo superiore e il lobo inferiore) .

La minore grandezza del polmone sinistro, rispetto al polmone destro, ha un suo significato anatomico ben preciso: serve, infatti, a garantire uno spazio adeguato al cuore.

Il tessuto spugnoso ed elastico che compone i polmoni permette loro di espandersi, durante la fase di introduzione dell'aria (inspirazione), e tornare normali, durante la fase di espulsione dell'anidride carbonica (espirazione).

Avvolti esternamente dalla cosiddetta membrana pleurica, i polmoni possiedono al loro interno delle piccole cavità o sacche, capaci di contenere aria, che prendono il nome di alveoli o alveoli polmonari.

Gli alveoli possiedono delle pareti elastiche e rappresentano la sede in cui l'organismo acquisisce l'ossigeno dell'aria inalata ed espelle l'anidride carbonica prodotta dall'attività cellulare. Quindi, sono fondamentali all'interno del quadro fisiologico dell'apparato respiratorio.

Un insieme di alveoli forma il cosiddetto acino polmonare; un acino polmonare risiede all'estremità di un bronchiolo terminale. Un gruppo di più acini polmonari, con i loro rispettivi bronchioli terminali, costituisce la più piccola struttura polmonare che può essere notata anche a occhio nudo: il lobulo polmonare. Quest’ultimo possiede acini più interni, detti acini centrali, e acini periferici, detti distali.

Fisiologia respiratoria

Lo scopo della respirazione è di far arrivare O2 alle cellule e di espellere la CO2.

Gli atti respiratori si differenziano in:

  • Involontari, sotto controllo centrale (SNC): sono automatici
  • Volontari: atti di ispirazione/espirazione forzata

Il respiro eupnoico, cioè la respirazione regolare, ha una frequenza media di 15 atti al minuto (12-20 atti/min, più elevato nella donna e nel bambino); le caratteristiche sono date dalla frequenza, dal ritmo, dalla profondità, e dal rapporto tra la fase inspiratoria ed espiratoria.

La dinamica respiratoria normale consta di 4 tempi (ispirazione, brevissima pausa inspiratoria, espirazione, pausa respiratoria che dura circa 1/5 della durata tot). Le condizioni per una normale respirazione sono la normale composizione dell’aria ambiente, normale funzionamento dei centri nervosi di regolazione, integrità delle vie aeree e della gabbia toracica (fase ventilatoria), integrità del rapporto ventilazione/perfusione, normale diffusione dei gas a livello alveolo-capillare, normale trasporto di O2 in periferia (fase circolatoria), normale utilizzazione dell’O2 con produzione e cessione di CO2 (fase tessutale) e controllo nervoso del respiro.

La respirazione è controllata da 3 gruppi di neuroni (centri) localizzati nel tronco encefalico:

  • Centro respiratorio bulbare costituito dal:
    • Gruppo dorsale con funzione di centro inspiratorio che controlla il ritmo di base del respiro.
    • Gruppo ventrale con funzione di centro espiratorio: inattivo nel respiro tranquillo e attivo durante attività fisica
  • Centro apneustico: (localizzato nel ponte) eccita il centro inspiratorio del bulbo, evocando una contrazione prolungata del diaframma.
  • Centro pneumotassico (localizzato nel ponte): modula l’inspirazione, limitando ampiezza del volume corrente e regolando la frequenza respiratoria.

I movimenti respiratori solo parzialmente sono controllabili dalla volont (es.trattenere il respiro in acqua), infatti, fondamentalmente, il loro controllo è involontario e dipende da un sistema fisico-chimico-umorale.

I centri ricevono informazioni, impulsi provenienti da corteccia encefalica, ipotalamo, periferia: propriorecettori cutanei, viscerali, nasofaringolaringei, broncopolmonari chemiorecettori e pressorecettorisenocarotidei, cardioaortici e termorecettori cutanei.

In condizioni normali, ad ogni inspirazione, 0,5 L di aria (volume corrente) si diluiscono in 2.3 litri già contenuti nel polmone.

Si definisce ventilazione polmonare il volume di aria che entra o esce dal naso (o dalla bocca) ad ogni singolo atto respiratorio (è anche detto volume corrente e di media corrisponde a 0,5 l). Si parla, invece, di ventilazione alveolare riferendoci al volume di aria che entra o esce dagli alveoli in un singolo atto respiratorio.

Questo volume è il volume funzionalmente rilevante ed è diverso e inferiore rispetto al volume corrente. Parte del volume inspirato infatti non arriva agli alveoli ma si ferma a riempire le vie aeree che non effettuano scambi aria-sangue e viene espulsa senza poter essere utilizzata nella successiva espirazione. Lo scambio dei gas respiratori avviene a livello dell’unità alveolo-capillare.

Gli alveoli sono circa 300.000 e formano una superficie di scambio totale di circa 140 m2. Sono composti da pneumociti di I tipo, per gli scambi gassosi, e pneumociti di II tipo, che sintetizzano surfattante. La differenza tra ventilazione polmonare e ventilazione alveolare è definita spazio morto anatomico e indica il volume delle vie non scambianti ossigeno col sangue.

In genere corrisponde a 140 ml nell’uomo di 70 kg, circa 2 ml per kg di peso corporeo. Per aumentare l’aria respirata è più vantaggioso immettere nei polmoni volumi maggior facendo respiri più profondi che fare respiri più frequenti: lo spazio morto rimane costante.

Oltre allo spazio morto anatomico può esistere uno spazio morto fisiologico che viene ventilato ma non perfuso. Questo comprende lo spazio morto anatomico e gli alveoli che non vengono perfusi e quindi non possono scambiare gas con il sangue. Se nello spazio morto fisiologico non si può scambiare gas con il sangue, chiaramente assistiamo a una situazione in cui la concentrazioni di ossigeno e CO2 nello spazio morto rimangono costanti.

Oltre che di ventilazione polmonare si parla anche di perfusione polmonare, cioè il flusso ematico al minuto che attraversa il circolo polmonare e corrisponde alla gittata cardiaca.

I due flussi, ventilazione e perfusione, sono regolati su base riflessa inconscia. La ventilazione è una grandezza che è migliore alla base del polmone dove gli alveoli, poiché più schiacciati a causa della forza di gravità, si distendono di più di quelli che sono già un pò aperti in alto. Anche la perfusione è maggiore alla base, dove i capillari risultano più aperti di quelli che stanno in alto.

L’indice che tiene conto della ventilazione alveolare e dell’irrorazione polmonare è detto rapporto ventilazione/perfusione ed è espresso dalla formula: V/Q. Questo rapporto è basalmente 0.8 L di aria per 1 L di sangue. In condizioni di lavoro il rapporto può aumentare fino a 5 a causa di un aumento di ventilazione molto maggiore dell’aumento della perfusione sia a riposo sia durante lavoro. Questa frazione ha un valore maggiore all’apice perché la ventilazione diminuisce meno rapidamente della perfusione.

Al termine di un’espirazione normale, il polmone contiene una quantità di gas respiratorio che è detta capacità funzionale residua (CFR) . Essa è in realtà composta da due porzioni: una che può essere espirata con un’espirazione massimale forzata, il volume di riserva espiratoria (VRE) , l’altra che non può essere espirata in nessuna condizione, il volume residuo (VR) .

Al termine di un’inspirazione normale, il soggetto incamera nel polmone un volume d’aria detto volume corrente (VC) . Il soggetto però può ancora, con un’inspirazione forzata, inspirare il volume di riserva inspiratoria (VRI) . Pertanto, la quantità massima d’aria che il polmone può contenere è la capacità polmonare totale (CPT) e ammonta a 6 litri.

Le vie aeree di conduzione non hanno alveoli e pertanto rappresentano lo spazio morto (Vsm) anatomico, del quale è già stato parlato precedentemente, in quanto il gas in esse contenuto non può scambiarsi con il sangue venoso. Sottraendo questo valore alla ventilazione polmonare si ottiene il volume alveolare (VA) , ovvero la quota d’aria soggetta agli scambi con il sangue.

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